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Die Erfindung bezieht sich auf eine Metalldichtung zum
Abdichten der Verbindungsflächen eines Zylinderkopfes und eines
Zylinderblocks eines Mehrzylinder-Motors, sowie ein Verfahren
zur Herstellung derselben.
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Eine aus metallischem Material hergestellte Metalldichtung
ist zum Abdichten der gegenüberliegenden Verbindungsflächen
eines Zylinderkopfes und eines Zylinderblocks eines Motors
bereits verwendet worden. Bei modernen Motoren wurde eine
größere Leistung und ein geringeres Gewicht gefordert. Um
diese Anforderungen zu erfüllen, sucht man Zylinderköpfe und
Zylinderblöcke aus einem Aluminiummaterial mit geringem
spezifischem Gewicht statt aus Stahl oder Gußmetall mit hohem
spezifischem Gewicht, die bisher verwendet worden sind,
herzustellen. Ein Aluminiummaterial hat ein geringes Gewicht,
jedoch ist seine Steifheit gering. Während daher ein Motor,
in welchem Zylinderkopf und Zylinderblock aus einem
Aluminiummaterial hergestellt sind, läuft, neigt die relative
Verschiebung des Zylinderkopfes bezüglich des Zylinderblocks
dazu, sich zu vergrößern. Eine Metalldichtung hat Wülste nahe
der Umfänge der Durchbrüche derselben, welche den
Zylinderbohrungen und Durchführungen für Wasser und Öl in diesen
Bauteilen eines Motors entsprechen. Wenn der Zylinderkopf und
der Zylinderblock durch Festziehen derselben mittels Bolzen
aneinander befestigt werden, bilden diese Wülste ringförmige
elastische Kontaktteile bezüglich der gegenüberliegenden
Verbindungsflächen von Zylinderkopf und Zylinderblock und
dichten diese Verbindungsflächen ab.
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US-A-3 053 544 zeigt eine Dichtung zur Verwendung zwischen
aneinanderliegenden oder Dichtungsflanschen eine s
Drucksystems, wobei diese Dichtung einen im wesentlichen ebenen
blattförmigen Körper aus elastischem Material, eine Öffnung
in dem Körper, die durch eine umgeschlagene Lippe desselben
gebildet wird, die mit ihrem Randteil im Abstand von diesem
Körper diesen überdeckt, einen ersten Wulst an dem Körper,
welcher die Lippe umgibt und sich von dem Körper weniger weit
nach außen erstreckt als der Randteil der Lippe, sowie einen
zweiten Wulst an dem Körper aufweist, welcher den ersten
Wulst umfaßt und sich in entgegengesetzter Richtung wie der
erste Wulst von dem Körper nach außen erstreckt, wobei der
Abstand von der Oberseite des einen Wulstes größer ist als
das Zweifache der Dicke des Materials des blattartigen
Körpers.
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Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat eine
Patentanmeldung (Japanische Patentanmeldung Nr. 306295/1990)
eingereicht, die eine Einzelplatten-Metalldichtung betrifft,
welche zwischen die gegenüberliegenden Verbindungsflächen
eines Zylinderkopfes und eines Zylinderblocks eines Motors
eingelegt und dann mit diesem festgezogen wird, sowie ein
Verfahren zur Herstellung derselben. Diese Metalldichtung hat
Öffnungen für Verbrennungskammern, die in einer elastischen
Metallplatte ausgebildet sind, Wülste, die an den Teilen der
elastischen Metallplatte angeformt sind, die in radialem
Abstand nach außen von den Umfängen dieser Öffnungen liegen,
so daß sie sich längs der gleichen Öffnungen erstrecken, und
umgefalzte Abschnitte, die durch Umbiegen derjenigen
Abschnitte der Metallplatte gebildet sind, welche die Öffnungen
umfassen, in Richtung radial nach außen von diesen auf der
Oberfläche der Metallplatte, auf welcher die vorstehenden
Oberflächen der Wülste sich erstrecken, wobei die umgefalzten
Abschnitte auf eine vorbestimmte Dicke eingestellt und
wärmebehandelt sind. Wenn daher eine Metalldichtung zwischen
gegenüberliegenden Verbindungsflächen eines Zylinderkopfes
und eines Zylinderblocks eingespannt und gepreßt wird, bilden
die Wülste ringförmige Dichtungen mit diesen Verbindungsflächen,
und die umgefalzten Abschnitte, deren Dicke das
Zweifache der Dicke der Metallplatte beträgt, bilden zusätzliche
Dichtungen, die sich rings um die Öffnungen erstrecken. So
schalten die Wülste und die umgefalzten Abschnitte Probleme
aus, die aus Unregelmäßigkeiten der gegenüberliegenden
Verbindungsflächen entstehen, machen die Verbiegung des
Zylinderkopfes, die infolge der Wiederholung eines
Verbrennungszyklus eintritt, minimal, verringern die schwankende
Belastung und verhindern ein volles Zusammendrücken der Wülste.
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Die in dieser Druckschrift beschriebenen Metalldichtungen
stellen eine Metalldichtung dar, bei der eine Metallplatte,
deren Dicke geringer ist als diejenige der elastischen
Metallgrundplatte, auf die Teile der wulsttragenden Seite der
Grundplatte aufgeschichtet wird, die sich von den Teilen
derselben unterscheiden, die sich zwischen benachbarten
Öffnungen erstrecken, und die sich in der Richtung von den
Wülsten radial nach außen erstrecken, um einen
Dickenunterschied zwischen den umgefalzten Abschnitten und den Bereichen
der Basisplatte auszugleichen, die auf der radial äußeren
Seite der Wülste liegen, wobei in dieser Metalldichtung jeder
so umgefalzte Abschnitt mit einer Weichmetallplatte
ausgestattet ist, die in Sandwichform in diese eingeschlossen ist,
so daß der oben bezeichnete Dickenunterschied nicht größer
als erforderlich wird; wobei in dieser Metalldichtung diese
umgefalzten Abschnitte mit größerer Dicke in den Bereichen
zwischen benachbarten Öffnungen und mit einer kleineren Dicke
in den übrigen Bereichen ausgebildet sind, um eine große
Preßkraft auf den ersteren Bereichen zu erzielen, die eine
hohe Dichtungsleistung erfordern; und wobei in dieser
Metalldichtung beide Oberflächen derselben mit einer
nichtmetallischen Dichtung beschichtet sind, deren Oberflächen mit einem
nichtmetallischen Material beschichtet sind, wie einem hitze-
und ölbeständigen Kautschuk oder Harz, um eine direkte
Metall-Metall-Berührung zwischen der Dichtung und den gegenüberliegenden
Verbindungsflächen eines Zylinderkopfes und
eines Zylinderblocks zu vermeiden, eine Korrosion oder
Verschmutzung der Metallflächen zu verhindern und die
ausgezeichnete Dichtungswirkung der Dichtung auch zu
gewährleisten, wenn die gegenüberliegenden Verbindungsflächen
dieser Teile eines Motors uneben sind.
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Das in der oben erwähnten Druckschrift beschriebene
Herstellungsverfahren für die Metalldichtung besteht aus den
folgenden Schritten: Ausbildung von Öffnungen für
Verbrennungskammern in einer elastischen Metallplatte, Formen von Wülsten in
den Teilen der Metallplatte, die in radialem Abstand nach
außen vom Umfang dieser Öffnungen diese umfassen, so daß die
Wülste sich längs der gleichen Umfänge erstrecken, Biegen der
Abschnitte der Metallplatte, die rings um die Öffnungen in
der Richtung von denselben radial nach außen auf die
Wulstkamm-tragende Seite der Metallplatte zur Bildung von
umgefalzten Abschnitten, deren Ränder mit denjenigen der
Öffnungen ausgerichtet sind, Ausüben einer Kompressionskraft auf
die umgefalzten Abschnitte, sodaß die umgefalzten Abschnitte
auf eine vorbestimmte Dicke eingestellt werden, und
Wärmebehandeln der Metallplatte, an der die umgefalzten Abschnitte
ausgebildet worden sind, um die Härte der Platte einzuregeln.
Ein mit diesem Verfahren identisches Herstellungsverfahren
für eine Metalldichtung, welchem ein Schritt des Einsetzen
von Weichmetallplatten in Sandwichart in die umgefalzten
Abschnitte hinzugefügt ist, wird ebenfalls beschrieben.
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Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat ferner eine
Patentanmeldung (Japanische Patentanmeldung Nr. 156189/1991)
eingereicht, die sich auf eine Metalldichtung bezieht, welche
zwischen die gegenüberliegenden Verbindungsflächen eines
Zylinderkopfes und eines Zylinderblocks eingelegt und
festgezogen wird. Diese Metalldichtung weist Öffnungen für
Verbrennungskammern auf, die in einer elastischen Metallplatte
ausgebildet sind, Wülste, die in den Teilen der Metallplatte
ausgebildet sind, welche in Richtung radial nach außen einen
Abstand von den Umfängen der Öffnungen besitzen, so daß sie
sich längs der gleichen Umfänge erstrecken, sowie umgefalzte
Abschnitte, die durch Umbiegen derjenigen Teile der
Metallplatte gebildet sind, welche rings um die Öffnungen in
Richtung radial nach außen auf der Wulstkammtragenden Seite der
Metallplatte liegen, wobei in der Dichtung eine
Regulierplatte auf die Wulstkamm-tragende Seite der Metallplatte so
aufgeschichtet ist, daß sie sich in Radialrichtung der Wülste
erstreckt, wodurch die Festigkeit der Metallplatte reguliert
wird.
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Allgemein verwendet eine Metalldichtung, die aus einer
einzigen elastischen Metallplatte besteht, eine Metallplatte mit
einer Dicke von 0,25 mm. Wenn eine solche elastische
Metallplatte in denjenigen Teilen derselben, die um die Öffnungen
für die Verbrennungskammern gelegen sind, zur Bildung von
umgefalzten Abschnitten gebogen wird, tritt ein
Dickenunterschied entsprechend der Dicke der Platte zwischen den Teilen
derselben auf, welche rings um die Öffnungen liegen, und den
Teilen derselben, die auf der radial äußeren Seite der
erwähnten Teile liegen. Es ist zu bemerken, daß ein gewünschter
Wert dieses Unterschiedes etwa 0,10-0,17 mm beträgt, obwohl
er von der Höhe der Wülste abhängt. Wenn dieser Unterschied
zu groß ist, werden diejenigen Teile einer elastischen
Metallplatte, die einen solchen Dickenunterschied aufweisen,
während des Festziehvorgangs einer Metalldichtung, der
zwischen gegenüberliegenden Verbindungsflächen eines
Zylinderkopfes und eines Zylinderblocks durchgeführt wird, unzulässig
verformt. Da die so verformten Teile der elastischen
Metallplatte gebogen werden, werden sie notwendigerweise nachteilig
bezüglich ihrer Belastungsbeständigkeit, und weiter würde
eine übermäßige Belastung in diesen Teilen infolge der
Belastungsveränderung entsprechend einem Verbrennungszyklus des
Motors auftreten, wodurch Risse in denselben entstehen
würden. Die wulsttragenden Teile einer solchen elastischen
Metallplatte dienen als Dichtungen. Wenn eine Metalldichtung
mit umgefalzten Abschnitten großer Dicke festgezogen wird,
werden starke Dichtungen geformt, um das Austreten oder
Auslecken eines korrodierenden Verbrennungsgases mit hoher
Temperatur aus den Öffnungen für die Verbrennungskammern zu
verhindern. Daher wird eine Belastung einseitig auf die
umgefalzten Abschnitte rings um die Öffnungen ausgeübt, d. h.
die Anforderungen an eine ausgezeichnete Dichtungsleistung
sind mehr auf die umgefalzten Abschnitte als auf die Wülste
konzentriert. Wenn daher die umgefalzten Abschnitte brechen,
während die Dichtung über eine lange Zeitdauer verwendet
wird, wird die ein Austreten von Verbrennungsgas verhindernde
Funktion derselben nicht wirksam erfüllt, da die
Dichtungskraft der Wülste, die so vorgesehen sind, daß sie zweistufige
Dichtungen mit den gefalzten Abschnitten bilden, nicht so
groß ist.
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Wenn ein Dickenunterschied zwischen den die umgefalzten
Abschnitte tragenden Teilen der elastischen Metallplatte
dieser Dichtung größer ist als ein gewünschter Wert, wird
eine die Plattendicke regulierende Platte auf die elastische
Metallplatte aufgeschichtet, um die Höhe der gefalzten
Abschnitte zu verringern. Bei einem solchen
Dickenregulierungsverfahren ist es notwendig, Regulierungsplatten getrennt
herzustellen, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden.
Ferner, zur Herstellung von Regulierungsplatten ist es
notwendig, daß die Form der Regulierungsplatten mit derjenigen
der Wülste auf der elastischen Metallplatte übereinstimmt,
und daß eine Anlage zum Aufschichten einer Regulierungsplatte
auf die elastische Metallplatte vorgesehen wird. Dieses
Regulierungsverfahren für die Höhendifferenz ist daher
wirtschaftlich nachteilig.
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Bei der Herstellung einer Metalldichtung mit umgefalzten
Abschnitten wird die elastische Metallplatte in bestimmten
Fällen einer sogenannten Vorkompression unterzogen, bei der
die ganzen umgefalzten Abschnitte gleichförmig oder ein Teil
derselben derart komprimiert wird, daß die Dicke und die
Breite verschiedener Teile der umgefalzten Abschnitte
entsprechend der verschiedenen Umfangsstellen der Öffnungen auf
verschiedene Werte eingestellt werden, nachdem die
umgefalzten Abschnitte ausgebildet und bevor die Dichtung zwischen
einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock festgezogen worden
ist. Bei einem solchen Verfahren wird die Dicke der Platte
nach der Ausbildung der umgefalzten Abschnitte reduziert, so
daß eine plötzliche und große Änderung in den Materialdaten
an den umgefalzten Enden derselben eintritt. Dies würde das
Auftreten von Rissen in den umgefalzten Enden bewirken oder
das Auftreten von Rissen in den Öffnungsseitigen Rändern der
umgefalzten Abschnitte, wenn die Dichtung über eine lange
Zeit verwendet wird, wobei die potentiellen Ursachen von
Rissen immer noch in derselben enthalten sind.
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Ein Ziel der Erfindung ist die Lösung dieser Probleme und die
Schaffung einer Hochqualitäts-Metalldichtung, die mit
geringen Kosten durch Ausführung eines einfachen zusätzlichen
Schrittes für die Ausbildung der umgefalzten Abschnitte
hergestellt werden kann, d. h. durch Reduzierung der Dicke von
vorbestimmten Teilen, an denen umgefalzte Abschnitte
auszubilden sind, einer elastischen Metallplatte vor dem Umfalzen
der Umfangsränder von Durchbrüchen zur Bildung von Öffnungen,
wodurch die Dicke der umgefalzten Abschnitte reduziert wird,
um gewünschte abgestufte Abschnitte an der Metallplatte zu
erzeugen.
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Dementsprechend schafft die Erfindung eine Metalldichtung
gemäß Anspruch 1.
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In dieser Metalldichtung werden die umgefalzten Abschnitte
einer wulsttragenden elastischen Metallplatte und die Teile
der Metallplatte, auf welche die umgefalzten Abschnitte
aufgeschichtet sind, mit einer Dicke von weniger als der Dicke der
Metallplatte und der Hälfte derselben ausgebildet, und diese
Metallplatte wird nach dem Ausbilden der umgefalzten
Abschnitte wärmebehandelt. Wenn daher die Metalldichtung
festgezogen und zwischen den Bauteilen mit gegenüberliegenden
Verbindungsflächen, d. h. einem Zylinderkopf und einem
Zylinderblock, zusammengepreßt wird, werden die Wülste, die an den
Teilen der Metallplatte vorgesehen sind, die dicht an den
Umfängen der Öffnungen für Verbrennungskammern liegen,
infolge der Druckkraft verformt, um ringförmige Dichtungen an den
Teilen der Metallplatte zu bilden, die im Abstand radial nach
außen von diesen Öffnungen liegen, mit den genüberliegenden
Verbindungsflächen zu bilden. Da die Dicke der umgefalzten
Abschnitte auf einen Wert im wesentlichen nicht kleiner als
die Hälfte desjenigen der elastischen Metallplatte reduziert
ist, wird die Gesamtdicke jedes umgefalzten Abschnitts und
des Teils der Metallplatte, an dem dieser umgefalzte
Abschnitt durch einen Biegevorgang aufgeschichtet ist, nicht
kleiner als die Dicke der gleichen Metallplatte, so daß diese
umgefalzten Abschnitte einen weiteren Satz von ringförmigen
Dichtungen um die Öffnungen für die Verbrennungskammern
bilden.
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Wenn daher die Metalldichtung zwischen einem Zylinderkopf und
einem Zylinderblock festgezogen wird, werden zweistufige
Dichtungen gebildet. Auch wenn daher Unregelmäßigkeiten an
den gegenüberliegenden Verbindungsflächen auftreten, werden
Wülste und umgefalzte Abschnitte entsprechend der Biegung der
Metallplatte verformt, so daß ein unregelmäßiger Spalt
zwischen den zwei gegenüberliegenden Verbindungsflächen
ausgeschaltet wird. Infolge der synergistischen Wirkung der
zweistufigen ringförmigen Dichtungen und der Ausschaltung der
Unregelmäßigkeit der gegenüberliegenden Verbindungsflächen
tragen diese Dichtungen gemeinsam eine schwankende Belastung,
die infolge der Wiederholung eines Verbrennungszyklus des
Motors auftritt, sowie eine thermische Belastung, so daß die
Verbiegungsrate des Zylinderkopfes minimal gemacht werden
kann.
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Bei dieser Metalldichtung wird die Dicke wenigstens der
umgefalzten Abschnitte und der Teile der elastischen
Metallplatte, auf welche die umgefalzten Abschnitte aufgeschichtet
sind, auf nicht weniger als die Hälfte der Dicke der
Metallplatte reduziert. Daraus folgt, daß die Gesamtdicke jedes
umgefalzten Abschnitts und des Teils der Metallplatte, auf
welchen der umgefalzte Abschnitt aufgeschichtet wird, nicht
kleiner wird als die Dicke der Metallplatte, jedoch kleiner
als das Zweifache der Dicke der gleichen Platte. Die Dicke
der umgefalzten Abschnitte kann auf einen willkürlichen Wert
innerhalb des oben erwähnten Bereiches entsprechend dem
gewünschten Reduzierungsgrad seiner Dicke eingestellt werden.
Daher wird die Dickendifferenz zwischen dem umgefalzten
Abschnitt einer Metalldichtung und den Teilen der elastischen
Metallplatte, die sich von den umgefalzten Abschnitten
unterscheiden, nicht zu groß, und die abgestuften Bereiche der
Metallplatte werden nicht unzulässig verformt, wenn die
Dichtung zwischen den gegenüberliegenden Verbindungsflächen
eines Zylinderkopfes und eines Zylinderblocks festgezogen
wird. Obwohl die elastische Metallplatte ursprünglich einen
geringen Belastungswiderstand besitzt, wenn sie gebogen wird,
besteht nicht die Möglichkeit, daß Risse in der Metallplatte
auftreten, auch wenn eine schwankende Belastung infolge eines
Verbrennungszyklus des Motors zusätzlich auf dieselbe
ausgeübt wird.
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In dieser Metalldichtung werden Wülste an den Teilen der
elastischen Metallplatte ausgebildet, die in radialer
Richtung nach außen einen Abstand von den Umfängen der Öffnungen
derselben besitzen, so daß sie sich längs der Öffnungen
erstrecken, sowie umgefalzte Abschnitte auf den Teilen der
Metallplatte, die zwischen den Umfangsabschnitten der
Öffnungen und den Wülsten liegen, indem die Metallplatte in
Richtung von den Öffnungen radial nach außen gebogen wird. Wenn
nur die umgefalzten Abschnitte an der Metalldichtung
ausgebildet werden, tritt ein Dickenunterschied entsprechend der
Dicke der elastischen Metallplatte zwischen den umgefalzten
Abschnitten und den Teilen der Metallplatte ein, die auf der
radial äußeren Seite der Wülste liegen. Wenn dieser
Unterschied größer ist als ein geforderter Betrag, treten
Nachteile auf. In dieser Metalldichtung sind jedoch die Dicken von
wenigstens den umgefalzten Abschnitten und den Teilen der
elastischen Metallplatte auf die die umgefalzten Abschnitte
aufgeschichtet sind, auf nicht weniger als die Hälfte der
Dicke der Metallplatte reduziert. Daraus folgt, daß die
Gesamtdicke jedes umgefalzten Abschnitts und des Teils der
Metallplatte, auf welchen der umgefalzte Abschnitt
aufgeschichtet ist, nicht kleiner wird als die Dicke der
Metallplatte, jedoch kleiner als das Zweifache der Dicke der
gleichen Platte. Die Dicke der umgefalzten Abschnitte kann auf
einen willkürlichen Wert innerhalb des oben erwähnten
Bereiches entsprechend dem gewünschten Reduktionsgrad seiner
Dicke eingestellt werden.
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Ferner kann diese Metalldichtung auf ihrer Außenfläche mit
einem nichtmetallichen Material, wie einem hitze- und
ölbeständigen Gummi oder Harz, beschichtet werden, so daß eine
direkte Metall-Metall-Berührung der Dichtung mit einem
Zylinderkopf und einem Zylinderblock vermieden werden kann. Dies
ermöglicht die Gewährleistung der Beständigkeit gegen ein
Korrodieren des Verbrennungsgases, Dauerhaftigkeit und
Genauigkeit der Metalldichtung, verhindert ein Korrodieren und
Verschmutzen der Metallflächen und erlaubt die Vermeidung der
Ungleichmäßigkeit der Oberflächen (bearbeiteten Oberflächen)
des Zylinderkopfes, Zylinderblocks und der Metalldichtung
sowie die Gewährleistung einer zufriedenstellenden
Dichtungswirkung der Dichtung.
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Wenn diese Metalldichtung, bei der die umgefalzten Abschnitte
mit einer großen Dicke in den Teilen derselben, die zwischen
benachbarten Öffnungen liegen, und mit einer kleineren Dicke
in den übrigen Teilen ausgebildet sind, auf einen Motor
angewendet wird, in welchem ein Zylinderkopf mit einer
geringen Steifheit im Vergleich mit einem Zylinderblock mit einer
Anzahl von Öffnungen versehen ist, so wird die Verbiegung,
die am stärksten in den Teilen der Metallplatte eintritt, die
zwischen benachbarten Zylinderbohrungen liegen, infolge der
Verbiegung des Zylinderkopfes während des Festziehvorgangs
der Dichtung wirksam durch die Teile der umgefalzten
Abschnitte ausgeglichen, die zwischen den Öffnungen liegen und
größere Dicke besitzen. Dies verhindert eine Reduzierung der
Dichtungswirkung der Dichtung und ein Eindringen eines unter
hoher Temperatur und hohem Druck stehenden Verbrennungsgases,
welches ein Korrodieren und Verschmutzen der Wülste der
Metalldichtung verursacht, in die Dichtung. Die umgefalzten
Abschnitte gleichen wirksam die Verbiegung und Verformung der
Teile des Zylinderkopfes aus, die zwischen den benachbarten
Öffnungen liegen, um ein wirksames Aufrechterhalten der
Dichtungswirkung der Dichtung in diesen Bereichen zu
ermöglichen. Da der Bereich der umgefalzten Abschnitte willkürlich
eingestellt werden kann, solange diese Teile die Wülste auf
der Basisplatte nicht überdecken, kann die Verteilung der
Flächenpressung der Wülste und der umgefalzten Abschnitte auf
der Entwurfsstufe reguliert werden.
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Zwischen den umgefalzten Abschnitten und den Teilen der
Metalldichtung, die auf der radial äußeren Seite der
umgefalzten Abschnitte liegen, wirken die in der Dicke
reduzierten Teile der umgefalzten Abschnitte als Regulierungsmittel,
um einen geforderten Dickenunterschied zwischen diesen Teilen
zu erreichen. Die Verbindungsflächen zwischen einem
Zylinderblock und einem Zylinderkopf werden leicht unregelmäßig
infolge einer Abnahme ihrer Steifheit, wenn diese Bauteile
festgezogen werden, aber das vollständige Zusammendrücken der
Wülste auf der Dichtung wird verhindert, d. h. die Wülste
bleiben unkomprimiert so hoch wie die Dicke der umgefalzten
Abschnitte. Ein geforderter Dickenunterschied zwischen den
umgefalzten Abschnitten und den wulstumgebenden Teilen kann
leicht durch Regulierung des Reduzierungsgrades der Dicke der
oben erwähnten Teile der umgefalzten Abschnitte erreicht
werden. In dem Fall, daß dieser Dickenunterschied auf einen
richtigen Wert eingestellt ist, wird der Grad der Verbiegung
des Zylinderkopfes, welche infolge des Startens, des Laufes
und des Stoppens des Motors eintritt, minimal gemacht, und
schwankende Belastungsbeanspruchung an der Basis dieser
Verbiegung kann ebenfalls verringert werden. Dies dient dazu,
das Auftreten einer dauerhaften Ermüdung der Wülste sowie
Risse in den Dichtungen zu verhindern und die Dauerhaftigkeit
der Wülste und Dichtungen zu verbessern.
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Die umgefalzten Abschnitte bilden Dichtungen während des
Festziehvorgangs einer Dichtung, um das Auslecken eines
korrodierenden Verbrennungsgases mit hoher Temperatur aus den
Öffnungen zu verhindern, und die wulsttragenden Teile der
Dichtung dienen ebenfalls während dieser Zeit als Dichtungen.
Da die Dicke der umgefalzten Abschnitte dieser Metalldichtung
verringert worden ist, kann eine unzulässige Verteilung der
Dichtungskraft, d. h. der Festziehkraft der umgefalzten
Abschnitte, ohne Verwendung irgendwelcher weiterer Bauteile
vermieden werden. Daher ist es möglich, daß die Wülste
ebenfalls bei der Erzeugung einer Dichtungs- oder Festziehkraft
teilnehmen. Auch wenn die umgefalzten Abschnitte brechen
sollten, während die Dichtung in Verwendung über einen langen
Zeitraum ist, können die Wülste, die zweistufige Dichtungen
mit den umgefalzten Abschnitten bilden, das Lecken eines
Verbrennungsgases wirksam verhindern.
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Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Herstellung
von Metalldichtungen gemäß Anspruch 3.
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Der Vorgang zum Reduzieren der Dicke derjenigen Bereiche der
Metallplatte, in welchen die umgefalzten Abschnitte
auszubilden sind, wird nämlich vor der Ausbildung der gefalzten
Abschnitte durchgeführt. Daher werden umgefalzte Abschnitte
mit der erforderlichen Dicke im Zeitpunkt der Beendigung des
Biegevorgangs der Metallplatte erhalten. Da die
Wärmebehandlung der elastischen Metallplatte nach Beendigung dieser
Dickenreduzierung und Plattenbiegung durchgeführt wird, kann
die Härte der Metallplatte auf einen gewünschten Wert frei
eingeregelt werden.
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Wenn der Schritt einer Anwendung von Kompressionskraft auf
die umgefalzten Abschnitte, um eine Feinänderung der Dicke
derselben auf einen vorbestimmten Wert zu erreichen, diesem
Herstellungsverfahren für die Metalldichtung hinzugefügt
wird, so daß dieser Schritt nach dem Ausbilden der
umgefalzten Abschnitte ausgeführt wird, wird es möglich, den größeren
Teil der Ausbildung der umgefalzten Abschnitte mittels
Durchführen eines Plattenbiegeschritts zu beenden, und sodann die
Dicke und Breite der umgefalzten Abschnitte so fein und frei
wie nötig auf die endgültig gewünschten Werte einzuregeln.
Auf diese Weise ist es möglich, die Dicke von bestimmten
Teilen der umgefalzten Abschnitte rings um die Öffnungen fein
zu regulieren. Beispielsweise ist es möglich, die Dicke der
Teile der umgefalzten Abschnitte, die sich in den Bereichen
erstrecken, in denen der Abstand zwischen benachbarten
Öffnungen klein ist, auf einen hohen Wert einzustellen, indem
man die Verbiegung des Zylinderkopfes in Betracht zieht, und
die Dicke der Teile der umgefalzten Abschnitte allmählich
abnehmen zu lassen oder einzustellen auf einen konstant
niedrigen Wert, die sich von den Stellen, an denen der
Abstand zwischen benachbarten Öffnungen klein ist, zu davon
entfernten Stellen erstrecken.
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Daher wird
es möglich, einfach die umgefalzten Abschnitte so
auszubilden, daß sie eine Höhendiffernz bezüglich der
Metallgrundplatte besitzen, und eine Metalldichtung ausgezeichneter
Qualität mit geringen Kosten herzustellen.
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Bei diesem Herstellungsverfahren der Metalldichtung wird eine
übermäßig große Höhendifferenz zwischen der elastischen
Metallplatte und den umgefalzten Abschnitten derselben nicht
durch Aufschichten einer Dickenregulierungsplatte auf die
Basisplatte reguliert. Daher ist es nicht erforderlich,
zusätzlich eine Regulierungsplatte vorzusehen, deren Form mit
derjenigen des wulsttragenden Teils der elastischen
Metallplatte übereinstimmt, das Aufschichten einer
Regulierungsplatte auf die Metallgrundplatte durchzuführen und eine
zusätzliche Anlage zur Durchführung des Aufschichtens der
Regulierplatte vorzusehen, und es kann nur eine kleine Anzahl
von Schritten zu dem Schritt des Bohrens der elastischen
Metallplatte hinzugefügt werden. Dies verhindert einen
starken Anstieg der Herstellungskosten und ermöglicht eine
wirtschaftliche Herstellung einer Metalldichtung.
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Bei diesem Herstellungsverfahren für eine Metalldichtung, das
sich von einem Verfahren unterscheidet, bei welchem eine
elastische Metallplatte einer sogenannten Vorkompression
unterzogen wird, wobei die ganzen umgefalzten Abschnitte
gleichförmig oder teilweise komprimiert werden, um die Dicke
und Breite verschiedener Teile der umgefalzten Abschnitte
entsprechend der verschiedenen Umfangsstellen der Öffnungen
auf verschiedene Werte nach der Ausbildung der umgefalzten
Abschnitte und vor dem Festziehen der Dichtung zwischen einem
Zylinderkopf und einem Zylinderblock einzustellen, wird die
Reduktion der
Dicke der Metallplatte in im wesentlichen vollem Umfang
oder in vollem Umfang durchgeführt, jedoch bevor ein
Plattenfalzvorgang durchgeführt worden ist. Daher treten plötzliche
und große Veränderungen bezüglich der Bearbeitung des
Materials in den Endabschnitten der umgefalzten Abschnitte nicht
auf. Es treten keine Risse in diesen Endabschnitten auf, und
diese Endabschnitte enthalten keine Fehler, die als Ursachen
für Risse wirken. Auch wenn die Dichtung für lange Zeiträume
verwendet wird, besteht keine Möglichkeit für das Auftreten
von Rissen an den die Öffnungen begrenzenden Kanten der
umgefalzten Abschnitte.
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Bei diesem Herstellungsverfahren für die Metalldichtung, bei
welchem eine Kompressionskraft auf die umgefalzten Abschnitte
nach der Ausbildung der umgefalzten Abschnitte ausgeübt wird,
um diese Teile auf eine gegenwärtige Dicke fein
einzuregulieren, ist die Ausbildung der umgefalzten Abschnitte im
wesentlichen durch den Biegevorgang beendet worden. Daher kann die
Dicke und Breite der umgefalzten Abschnitte je nach
Notwendigkeit auf die gewünschten Endwerte fein und frei
eingeregelt werden. Es ist nämlich nicht nur möglich, die Dicke der
umgefalzten Abschnitte auf einen gleichförmigen Wert sowohl
in Umfangsrichtung der Öffnungen als auch in Breitenrichtung
derselben einzustellen, sondern auch die Dicke bestimmter
Teile der umgefalzten Abschnitte rings um die gleichen
Öffnungen fein zu regulieren auf einen Wert innerhalb eines
Bereiches, der nicht das Auftreten von übermäßig großen
Belastungsänderungen in den Rändern der umgefalzten
Abschnitte hervorruft. Daher ist es möglich, die Dicke der
Teile der umgefalzten Abschnitte, die sich in den Bereichen
erstrecken, in welchen der Abstand zwischen benachbarten
Öffnungen klein ist, unter Berücksichtigung der Verbiegung
des Zylinderkopfes auf einen hohen Wert und ein allmähliches
Abfallen oder Einstellen eines konstant niedrigen Wertes in
den Teilen der umgefalzten Abschnitte einzustellen, die sich
von den Stellen, in denen der Abstand zwischen benachbarten
Öffnungen klein ist, zu davon entfernten Stellen erstrecken.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr lediglich
beispielhaft mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es
zeigt:
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Fig. 1 eine Teildraufsicht auf eine Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Metalldichtung;
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Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht, welche einen Bereich
zwischen benachbarten Öffnungen für Verbrennungskammern
darstellt;
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Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1;
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Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines umgefalzten
Abschnitts, von welchem ein Teil in Fig. 3 dargestellt ist;
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Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 1;
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Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie C-C in Fig. 1;
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Fig. 7 einen Dickenreduzierschritt als einen der
Herstellungsschritte dieser Metalldichtung;
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Fig. 8 einen Wulstbildungsschritt der Metalldichtung;
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Fig. 9 die Verteilung der Dicke des umgefalzten
Abschnitts rings um eine der Öffnungen, die an beiden
Endabschnitten der Metalldichtung angeordnet sind; und
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Fig. 10 die Verteilung der Dicke des umgefalzten Abschnitts
rings um eine Öffnung, die sich von den Öffnungen
unterscheidet, die an beiden Endabschnitten der
Metalldichtung angeordnet sind.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Metalldichtung
wird nunmehr mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
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Eine Metalldichtung 1 gemäß Fig. 1 wird zur Abdichtung der
gegenüberliegenden Verbindungsflächen eines Zylinderblocks
und eines daran befestigten Zylinderkopfes in einem
Mehrzylinder-Motor verwendet. Die Metalldichtung 1 besteht aus
einer einzigen elastischen Metallplatte 3, die aus einem
metallischen Material gebildet ist, beispielsweise SUS630
oder SUS631 für die Ausscheidungshärtung, SUS304, SUS301 oder
einem SK-Material (SK1-7) für die Niertrierung, SUS420J&sub2;
oder SUS440A zum Abschrecken und Tempern oder einer
Titaniumlegierung oder einer Aluminiumlegierung zur Wärmebehandlung
in Feststofflösung, mit einer Dicke von beispielsweise 0,2-
0,25 mm (bei der dargestellten Ausführungsform 0,25 mm). Die
Härte des Rohmaterials, das noch nicht der Ausbildung von
Wülsten unterworfen wurde, ist beispielsweise nicht höher als
Hv 200.
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Die konkreten Härtebeispiele für diese metallischen
Materialien, die bestimmt werden, nachdem sie verschiedenen Arten
von Wärmebehandlung unterworfen werden, sind die folgenden.
Die Härte von SUS304 und SUS301 vor der Nitrierung beträgt
nicht mehr als Hv 200 (lediglich die Oberfläche), und
diejenige des gleichen Materials nach der Nitrierung nicht weniger
als Hv 500, die Härte eines SK-Materials (SK1-7) vor der
Nitrierung beträgt nicht mehr als Hv 200, die Härte des
gleichen Materials nach der Nitrierung beträgt nicht weniger
als Hv 500. Die Härte von SUS630 und SUS631 vor der
Ausfällungshärtung beträgt nicht mehr als Hv 200, und diejenige des
gleichen Materials nach der Ausfällungshärtung beträgt nicht
weniger als Hv 350. Die Härte von SUS420J2 und SUS440A
vor dem Abschrecken und Tempern beträgt nicht mehr als Hv
200, und diejenige des gleichen Materials nach dem
Abschrecken und Tempern nicht weniger als Hv 350. Die Härte einer
Titaniumlegierung und einer Aluminiumlegierung (6A1-2Sn-4Zr-
6Mo) vor der Wärmebehandlung mit Feststofflösung beträgt
nicht mehr als Hv 200/ und diejenige des gleichen Materials
nach der Wärmebehandlung mit Feststofflösung nicht weniger
als Hv 350.
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Mit Bezugnahme auf Fig. 2 sind die linke und rechte
ausgezogene Linie Kurven, welche Teile der Öffnungen 2A, 2B für die
Verbrennungskammern darstellen, wobei die dicken
gestrichelten Linien auf der Innenseite dieser durchgezogenen Linien
Kurven sind, welche die Ränder 6 der umgefalzten Teile
anzeigen, die dünnen gestrichelten Linien, die unmittelbar auf der
Innenseite der dicken gestrichelten Linien gezeichnet sind,
sind Kurven, welche die Grenzen 9 der Dickenreduzierung einer
elastischen Metallplatte anzeigen, die strichpunktierte Linie
ist eine Linie, welche eine Grenze zwischen zwei benachbarten
Wülsten 4 andeutet, und die kurzen dünnen gestrichelten
Linien auf beiden Seiten dieser strichpunktierten Linie sind
Grenzlinien, welche beide Ränder der Wülste 4 bestimmen.
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Eine elastische Metallplatte 3, welche die Metalldichtung 1
bildet, ist mit. Öffnungen 2A, 2B, 2C (die nachfolgend einfach
als Öffnungen und allgemein mit dem Bezugszeichen 2
bezeichnet werden) für Verbrennungskammern versehen, deren Anzahl
derjenigen der Anzahl von Zylindern in einem Mehrzylinder-
Motor entspricht. Diese elastische Metallplatte 3 der
Metalldichtung 1 ist ferner mit einer Anzahl jeweils von
Kühlwasserdurchtrittslöchern 13, Aufschlaglöchern 14,
Bolzenhalterungen 15, Öldurchleitöffnungen und Ölrückleitungsöffnungen
versehen.
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Die obere und untere Fläche der Metalldichtung 1 ist
beschichtert (nicht gezeigt) mit einem nichtmetallischen
Material, wie einem hitze- und ölbeständigen Fluorkautschuk oder
-harz mit einer Dicke von beispielsweise rund 10-50 um,
wodurch es möglich wird, eine Metall-Metall-Berührung
zwischen der Dichtung und einem Zylinderkopf und einem
Zylinderblock zu vermeiden und eine hohe Korrosionsbeständigkeit,
Dauerhaftigkeit und Festigkeit der Dichtung zu gewährleisten.
Auch wenn die bearbeiteten Oberflächen der Metalldichtung 1
und die bearbeiteten gegenüberliegenden Verbindungsflächen
von Zylinderkopf: und Zylinderblock ungleichmäßig sind, deckt
dieses nichtmetallische Material die unebenen Oberflächen ab,
so daß die Dichtung ihre Dichtungsfuntkion zufriedenstellend
erfüllt.
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Fig. 3 ist ein Schnitt eines Grenzbereiches zwischen
benachbarten Öffnungen 2A, 2B für Verbrennungskammern, die in der
elastischen Metallplatte 3 ausgebildet sind, wobei der
Schnitt längs der Linie geführt ist, welche die Mitten der
Öffnungen 2A, 2B verbindet, d. h. es ist eine Schnittansicht
des Teils der Metallplatte, die zwischen zwei benachbarten
Öffnungen 2 liegt. Die anderen Grenzbereiche zwischen zwei
benachbarten Öffnungen 2 haben die gleiche Querschnittsform.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt der Metalldichtung 1 längs der
Linie, welche die Öffnung 2A und einen Endabschnitt, d. h.
einen Randbereich der Metalldichtung 1, verbindet. Der Teil
der Metallplatte, der zwischen einer Öffnung 2D für eine
Verbrennungskammer, die auf der entgegengesetzten Seite der
Öffnung 2A angeordnet ist, und dem entsprechenden Randbereich
der Metallplatte liegt, hat ebenfalls die gleiche
Querschnittsform. Außer diesen Teilen der Metallplatte haben auch
die Teile derselben, die rings um die Öffnungen 2 liegen, und
die von den Teilen zwischen den Öffnungen 2 liegenden Teile
eine gleiche Querschnittsform. Fig. 6 ist ein Schnitt eines
Teils durch ein Bolzenloch 15, durch welches ein Bolzen zum
Festziehen der Dichtung zwischen den gegenüberliegenden
Verbindungsflächen von Zylinderkopf und Zylinderblock geführt
wird. Die übrigen Wasseröffnungen, Öldurchtrittsöffnunge,
Ölrückleitöffnungen, Ausschlagöffnungen und Nietöffnungen
haben ebenfalls die gleiche Querschnittsform.
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Wie aus diesen Figuren zu entnehmen ist, ist ein im
Querschnitt bergförmiger Wulst 4 (der allgemein mit dem
Bezugszeichen 4 versehen ist) an dem Teil der elastischen
Metallplatte 3 der Metalldichtung 1 vorgesehen, der dicht an der
darin ausgebildeten Öffnung 2 liegt, so daß er sich
konzentrisch zur Öffnung 2 erstreckt und die Öffnung 2 ringförmig
umgibt. Eine entlang der Öffnung 2 gebildete Fläche des
Wulstes 4 steht vor und die andere Fläche desselben ist
eingezogen, wodurch eine Dichtung gebildet wird.
Größenbeispiele für die dargestellte Metalldichtung sind die
folgenden. Der Wulst 4 beginnt an einer Stelle in einem Abstand
L&sub2; (beispielsweise etwa 2,5 mm) vom inneren Umfangsrand
der Öffnung 2 und eine vorbestimmte radiale Breite L&sub3; des
Teils des Wulstes 4, der zwischen zwei benachbarten Öffnungen
3 liegt, beträgt etwa 2 mm, eine vorbestimmte radiale Breite
L&sub3; der anderen Teile desselben beträgt etwa 2,5 mm. Die
Teile des Wulstes 4, die sich von den Teilen desselben
zwischen benachbarten Öffnungen 2 unterscheiden, haben eine
Breite von 5 mm, und die obere Fläche des vorstehenden Teils
des Wulstes ist im wesentlichen flach ausgebildet. Obwohl
dies einen geringfügigen Abfall der Federkonstante des
Wulstes bedeutet, ist der Kontakt zwischen dem Wulst und den
gegenüberliegenden Verbindungsflächen eines Zylinderkopfes
und eines Zylinderblocks stabilisiert. Die Höhe H des Wulstes
4 beträgt etwa 0,25 mm, was gleich der Dicke der elastischen
Metallplatte 3 ist. Der Durchmesser der Öffnung 2 beträgt 87
mm, und ein Abstand L&sub1; zwischen benachbarten Öffnungen 2
beispielsweise etwa 6,0 mm. Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist,
überdecken der Wulst 4A rings um die Öffnung 2A und der Wulst
4B rings um die benachbarte Öffnung 2B einander in einem
Bereich, in welchem die Öffnungen 2A, 2B am engsten
aneinanderliegen. Die Wülste 4 treffen sich nämlich in einem Bereich
zwischen den Öffnungen 2, um zu einem Wulst 4
zusammenzulaufen. In dem verbundenen Teil der Wülste wird der Abstand
zwischen den Öffnungen 2 und dem Wulst 4 allmählich kleiner,
während die Breite des Wulstes kleiner wird, wie oben
erwähnt. In dem Fall, daß der Abstand zwischen den Öffnungen 2
auf einen ausreichend großen Wert gesetzt werden kann, müssen
sich die Wülste nicht überdecken. Sie können mit einem engen
Zwischenraum zwischen denselben bleiben.
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Wie in Fig. 6 gezeigt, ist der Teil der Metalldichtung 1, der
rings um ein Bolzenloch 15 liegt, im Querschnitt so geformt,
daß der Teil der Grundplatte, welcher das Bolzenloch 15
konzentrisch umgibt, in der Form einer Senke (oder eines
Berges) vom übrigen ebenen Teil desselben aus eingezogen ist,
wodurch eine hohe Abdichtung in dem Teil der Grundplatte
erzielt werden kann, welcher das Bolzenloch 15 umgibt. Da die
Querschnittsform der anderen in der Metalldichtung 1
gebildeten Öffnungen im wesentlichen gleich ist, wird eine
ausführliche Beschreibung derselben hier weggelassen.
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Rings um die Öffnungen 2 in der elastischen Metallplatte 3
sind umgefalzte Abschnitte 5A, 5B in den Teilen der
Wulstkammtragenden Seite der Grundplatte 3 ausgebildet, die auf der
radial inneren Seite des Wulstes 4 liegen, so daß die
umgefalzten Abschnitte den Wulst nicht überdecken (die
umgefalzten Abschnitte sind allgemein mit dem Bezugszeichen 5
versehen). Die radiale Breite des umgefalzten Abschnitts 5, d. h.
die Breite des Falzes L&sub4;, beträgt beispielsweise 1,2 mm.
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Diese Metalldichtung 1 hat den oben beschriebenen Aufbau und
kann mittels Durchführung der folgenden Schritte hergestellt
werden.
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Zuerst werden Durchbrüche 6 (die zur Bildung der Kanten der
umgefalzten Abschnitte gemäß Fig. 1 dienen) in der elastischen
Metallplatte 3 geformt, deren Radius um einen vorbestimmten
Betrag kleiner ist als derjenige der vorbestimmten Öffnungen
2 für Verbrennungskammern und welche die Ränder der
umgefalzten Abschnitte 5 nach Durchführung eines Umfalzvorgangs
bilden. Die Öffnungen 2 und die Durchbrüche 6 haben
gemeinsame Mittelpunkte. Verschiedene Arten von Öffnungen, wie
Bolzenlöcher 15, die sich von den Öffnungen 2 unterscheiden,
werden sodann ausgeformt. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird die
Dicke des Ringbereiches, der sich vom Umfang des Durchbruchs
6 in der Richtung radial nach außen bis zu einer
Dickenreduzierungsgrenze 9 erstreckt und der eine Breite von wenigstens
dem Zweifachen der Breite L&sub4; des umgefalzten Abschnitts
besitzt, auf einen Wert von nicht weniger als der Hälfte der
Dicke t&sub1; der elastischen Metallplatte 3 reduziert. Mit
anderen Worten, der umgefalzte Abschnitt 5 wird mit einer
vorbestimmten Dicke t&sub2; geformt, die zwischen einem Wert
von weniger als demjenigen der Dicke t&sub1; und einem Wert
von nicht weniger als der Hälfte der Dicke t&sub1; liegt. Im
Bereich nahe am Umfang des Durchbruchs 6 in der elastischen
Metallplatte 3 wird nämlich ein Ringbereich mit einer Breite,
die gleich der Summe der Breiten L&sub4; des umgefalzten
Abschnitts und der Breite L&sub5; (die beispielsweise 1,5 mm
bei der dargestellten Ausführungsform beträgt) eines
breiteren Bereichs als der umgefalzte Abschnitt auf der radial
äußeren Seite desselben ist, einer Dickenreduzierung
unterworfen, so daß die Dicke des Ringbereichs um einen Wert
abnimnmt, welcher einer Tiefe d (die bei der dargestellten
Ausführungsform beispielsweise 0,06 mm beträgt) entspricht
und t&sub2; (= t&sub1;-d, z. B. bei der dargestellten
Ausführungsform 0,38 mm) wird. Die Dickenverringerung der
elastischen Metallplatte 3 kann durch irgendein Verfahren durchgeführt
werden einschließlich Preßformen, Ätzen und Schneiden.
Wenn Preßformen angewendet wird, wird der Teil der
elastischen Metallplatte 3, welcher rings um den Durchbruch 6
liegt, zusammengedrückt, so daß der Innendurchmesser des
Durchbruchs 6 weiter abnimmt. Dies ist zu berücksichtigen,
wenn die Breite L&sub4; des umgefalzten Abschnitts im
Entwurfszustand bestimmt wird. Das Preßformen dieses
Ringsbereichs kann gleichzeitig mit dem Stanzen des Durchbruchs
durchgeführt werden.
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Wie in Fig. 8 dargestellt, wird ein Wulst 4 im nicht
dickenreduzierten Bereich im Abstand vom Umfang des Durchbruchs 6 in
der Richtung radial nach außen gebildet, so daß der Wulst 4
sich längs des Durchbruchs 6 erstreckt. Ein umzufalzender
Abschnitt 7 mit einer Falzbreite L&sub4; in dem Teil der
Grundplatte, der den Durchbruch 6 umgibt, wird sodann in
Richtung radial nach außen auf die Oberfläche der Grundplatte
gebogen, aus der der Wulst 4 vorsteht, so daß er auf den
dickenreduzierte n Teil 8 aufgeschichtet wird. Da die Breite
L&sub5; größer eingestellt wird als die Falzbreite L&sub4;,
wird der umzufalzende Abschnitt 7 nicht auf den
nicht-dickenreduzierten Teil mit der Dicke t&sub1; aufgeschichtet. Wenn
der Biegeschritt beendet ist, wird ein umgefalzter Abschnitt
5, dessen Falzkante eine Öffnung 2 für Verbrennungskammern
begrenzt, ausgebildet. Zuletzt wird die elastische
Metallplatte mit dem angeformten umgefalzten Abschnitt 5
wärmebehandelt, um die Härte desselben zu regulieren und eine
Metalldichtung 1 zu erhalten.
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Nach dem Biegeschritt zum Ausbilden des umgefalzten
Abschnitts S und vor dem Schritt der Wärmebehandlung der
Metalldichtung 1 wird eine Kompressionskraft auf den
umgefalzten Abschnitt 5 ausgeübt, um den umgefalzten Abschnitt auf
eine voreingestellte Dicke fein zu verformen. Ein
Zylinderkopf hat eine geringe Steifheit im Vergleich mit einem Zylinderblock,
und die größte Verbiegung infolge von
Belastungsschwankungen während eines Verbrennungszyklus des Explosions-
und Ausdehnungshubes in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor
tritt am ehesten in dem Teil desselben auf, der zwischen
benachbarten Öffnungen 2 liegt. Daher ist die
Dichtungswirkung der Metalldichtung geeignet, sich in diesem Teil eines
Motors höchst merklich zu verringern. Damit die
Dichtungswirkung der Teile des umgefalzten Abschnitts 5, die zwischen den
Öffnungen 2 liegen, besser ist als diejenige in den Teilen
desselben, die sich von den erwähnten Teilen unterscheiden,
wird die Anwendung eines Verfahrens zur Einstellung der Dicke
der Teile des umgefalzten Abschnitts 5, die zwischen den
Öffnungen 2 liegen, auf einen größeren Wert als in den
übrigen Teilen desselben für wirksam gehalten. Daher kann der
Schritt der Anwendung einer Kompressionskraft auf die Teile
des umgefalzten Abschnitts 5, die sich von den zwischen den
Öffnungen gelegenen Teilen desselben unterscheiden, um
dieselben mehr als in den zwischen den Öffnungen gelegenen
Teilen desselben zu verformen, nach Beendigung der Ausbildung
des gefalzten Abschnitts 5 durchgeführt werden.
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Konkret gesprochen, der umgefalzte Abschnitt wird im Teil a
desselben, der zwischen den Öffnungen 2 liegt, mit einer
Dicke von 0,37 mm, in den Teilen b desselben, die sich auf
beiden Seiten des Teils a erstrecken, mit einer allmählich
abnehmenden Dicke, und in dem bogenförmigen Teil c, der sich
auf beiden Seiten der Teile b erstreckt, mit einer Dicke von
z. B. 0,32 mm ausgebildet, wie in den Fig. 9 und 10
dargestellt. Die elastische Metallplatte 3, an welcher der
umgefalzte Abschnitt 5 ausgebildet worden ist, wird
wärmebehandelt, um die Härte desselben so einzustellen, daß die Härte
der noch nicht der Ausbildung von Wülsten unterworfenen
Metallplatte von nicht mehr als Hv 200 nach Beendigung der
Wärmebehandlung auf einen Wert entsprechend der Art des
Materials geändert wird, aus dem die Metallplatte geformt
ist.
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Wenn die Metalldichtung 1 zwischen einen Zylinderkopf und
einen Zylinderblock eingesetzt und beispielsweise mit Bolzen
festgezogen wird, die durch die Bolzenlöcher 15 geführt
werden, um in einen zusammengepreßten Zustand versetzt zu
werden, berühren die Wülste 4 nahe den Umfängen der Öffnungen
2 in der elastischen Metallplatte 3 eine gegenüberliegende
Verbindungsfläche, um ringförmige Dichtungen zu bilden. Jeder
umgefalzte Abschnitt 5 bildet eine weitere ringförmige
Dichtung an dem Teil der Grundplatte, welcher auf der radial
inneren Seite der ringförmigen Dichtung des Wulstes 4 liegt,
gegen die andere gegenüberliegende Verbindungsfläche.
Aufgrund dieser zweistufigen ringförmigen Dichtungen kann das
Lecken von unter hoher Temperatur und hohem Druck stehendem
Verbrennungsgas aus den Öffnungen 2 zu den gegenüberliegenden
Verbindungsflächen verhindert werden.
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Auch wenn Unregelmäßigkeiten auf den gegenüberliegenden
Verbindungsflächen eines Zylinderkopfes und eines
Zylinderblocks während des Festziehens dieser Bauteile auftreten,
werden die umgefalzten Abschnitte 5 und Wülste 4 entsprechend
verformt, der unregelmäßige Spalt zwischen den
Verbindungsflächen wird aufgrund der synergistischen Wirkung der oben
erwähten vergrößerten Anzahl von Ringdichtungen und der
Ausgleichswirkung derselben für den unregelmäßigen
Zwischenraum ausgeglichen. Infolge dieser Erhöhung der Anzahl an
Ringdichtungen und die Wirkung der Dichtungen beim
Ausgleichen der erwähnten Unregelmäßigkeit gegenüberliegender
Verbindungsflächen wird der Betrag der Verbiegung, die infolge
der Wiederholung des Explosions- und Ausdehnungshubes in
einem Verbrennungszyklus des Motors auftritt, minimal
gemacht. Da die umgefalzten Abschnitte 5 zusätzlich zu den
Wülsten 4 ebenfalls die gegenüberliegenden Verbindungsflächen
berühren, teilen sich die Wülste 4 und umgefalzten Abschnitte
5 die Belastung der Festziehkraft. Die Dicke der umgefalzten
Abschnitte 5 wird auf einen zufriedenstellenden Wert
reduziert. Daher, auch wenn die oben erwähnte minimal gemachte
wiederholte Belastung auf die Metalldichtung 1 infolge der
Schwankung der Belastung während des Betriebs des Motors
ausgeübt wird, wird eine Last nicht nur auf die umgefalzten
Abschnitte 5 gelegt, so daß die in den Wülsten 4 und den
umgefalzten Abschnitten 5 auftretende Belastungsbeanspruchung
verringert wird. Dies kann das Auftreten von dauerhafter
Ermüdung der Wülste und Rissen in den Dichtungen verhindern.